一種大區電網間最優交易容量的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統技術經濟領域，涉及一種大區電網間最優交易容量的確定方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著國家電力戰略"西電東送"和"北電南送"的實施，大量特高壓交、直流輸電 線路已經建成或進入了建設日程，國家電網將在原有的相對獨立的幾個大區電網基礎上實 現經特高壓網架的互聯。特高壓線路實現了跨區域、長距離、大功率的電能傳輸和交易，發 揮了更大范圍的電力資源優化配置功能。但是，對幾個嚴重依賴區外電力的大區電網如華 東、華北電網，合理分配區外電力、協調區外電力和區內電力交易以及發揮特高壓工程的最 大作用等一系列技術經濟問題關系到了各方的利益；另一方面，隨著我國減排計劃的推進， 《可再生能源電力配額考核辦法》的實施，作為主要負荷中心的華中、華東、華北電網要完成 各自的可再生能源電力消費任務，必須通過跨區清潔電能交易實現；因此，大區電網消納區 外電力方案作為解決方法受到了交易各方的重視。
[0003] 完整的大區電網消納區外電力方案包括大區電網交易區外電力容量和區外電力 在大區電網各地區的分配方案。因此，大區電網間最優交易容量是最優消納方案的重要組 成部分。
[0004] 現行的跨區電能交易流程中，大區電網間交易容量由交易雙方協商確定，具有隨 意性，交易容量確定過程缺乏對特高壓運行效率和交易經濟性的分析。
[0005] 大區電網間最優交易容量等于網間特高壓聯絡線的最優輸電容量，計算中的主要 的限制因素為特高壓聯絡線可用輸電容量（ATC)。北美電力系統可靠性委員會定義可用輸 電能力（ATC) :ATC為在已成交的輸電協議基礎上，電網在滿足各種故障安全約束條件下剩 余的且將來可作為商業用途的傳輸容量。
[0006] 目前，可用輸電能力的計算方法主要有：直接潮流法、連續潮流法和最優潮流法， 由于直接潮流法難以保證計算的準確性，連續潮流法計算值偏保守，因此通常采用最優潮 流法。最優潮流法主要包括：在考慮各種系統安全性約束條件的前提下，將受電區域節點負 荷及送電區域發電機功率作為控制變量，在使某目標函數達到最優的情況下完成計算。使 用最優潮流法計算得到的可用輸電能力即滿足某目標函數的最優輸電能力。
[0007] 常見的安全性約束條件有系統物理約束、靜態安全約束、暫態穩定約束。系統物理 約束包括：潮流約束、發電機組出力約束、節點電壓約束、線路容量約束及交易約束，為系統 的正常運行約束。靜態安全約束是根據給定的電網結構、參數和發電機、負荷等元件的運行 條件及給定的切除方案，確定切除某些元件是否危及系統的安全，常表現為指定電網的N-I 計算。暫態安全約束是指電力系統遭受如輸電線路短路等大擾動時，各同步發電機是否能 保持同步運行并過渡到新的或恢復到原來運行狀態。
[0008] 對不同的電力市場，計算可用輸電能力的最優潮流有不同的經濟性目標函數；一 般的，對于僅允許發電側投標的單一買方市場，目標函數為購電成本最小；對于允許負荷側 投標的市場，目標函數為社會效益最大。因此，針對不同的市場形態，現有經濟性分析的目 標函數有購電成本最小和網損費用最低、發電成本和負荷切除量最小等。
[0009] 如文獻《計及發電報價的可用輸電能力的計算》提出了一種在確保系統安全性約 束的前提下，實現系統的每一運行點按照發電機組的報價經濟的分配其有功出力的計算方 法。文獻《計及經濟性約束的可用輸電能力研究》在滿足系統物理約束的前提下，負荷增長 引起電力的需求在發電區域按照發電廠商的報價函數經濟分配，計及了降損的效益，實現 系統在每一個運行點下，購電成本的最小和網損費用最低，實現了最優輸電能力的求取。文 獻《基于最優潮流并計及靜態電壓穩定性約束的區域間可用輸電能力計算》基于最優潮流 (OPF)方法，用原對偶內點法計算得到輸電線路N-I安全約束下的區域間可用輸電能力。
[0010] 上述，基于經濟性目標函數，利用最優潮流法計算安全約束下線路可用輸電能力 的方法雖然簡單明晰，但是存在以下缺點：
[0011] 1)電網在不同的運行水平下有不同的安全裕度要求，上述方法中雖然都計及了安 全約束，但是在不同計算方法中，安全性約束條件設定具有隨意性，只顧及安全約束的單一 層面，忽略了對安全問題的綜合性考慮。
[0012] 2)不同市場環境下有不同的經濟性目標，而在非完全競爭市場，不同的交易方有 不同的利益關切，上述方法中的經濟性目標函數只考慮到發電方或全網立場利益，缺少購 電方立場的經濟性目標函數；只有基于購電成本或發電成本最小的經濟性函數，沒有對電 力交易綜合經濟效益的分析。
[0013] 目前，隨著我國減排計劃的推進，《可再生能源電力配額考核辦法》的實施，電力交 易中的清潔能源消納成了關注熱點，清潔能源消納納入電力交易的經濟性效益中計算，將 為《可再生能源電力配額考核辦法》的執行提供經濟基礎。
[0014] 本專利的經濟性目標函數中引入了碳排放強度和碳排放權的概念。
[0015] 碳排放強度：指單位發電量產生的碳排放總量，隨火電發電機組的不同而不同，如 常規燃煤機組、燃氣機組、燃油機組、碳捕集機組等。
[0016] 碳排放權：碳排放權是對環境容量資源的限量使用權，是指政府確定污染物的排 放總量或標準，隨后進行排放權初始分配（界定產權），由企業在排放權交易市場上自由交 易排放權，即由市場確定排污權的價格，并實現資源優化配置。
【發明內容】
[0017] 本發明的目的是針對現有大區電網間可用輸電能力分析方法的不足，提出一種大 區電網間最優交易容量的確定方法，考慮了清潔能源和碳排放權交易對跨區電力交易的影 響，實現了對跨區電力交易容量的安全、經濟綜合計算，只需更新購電電網及其輸電通道綜 合模型和實時價格參數，就能分析任意時刻大區電網消納區外電力的最優方案，為交易計 劃和經濟調度提供參考。
[0018] 1、一種大區電網間最優交易容量的確定方法，其特征在于，該方法包含下列步 驟：
[0019] I. 1在大區電網及電網間特高壓聯絡線綜合模型中，以N-I潮流約束、靜態穩定性 潮流約束為約束條件，對特高壓聯絡線進行安全校核，得到其最大輸電容量：
[0021] 其中，if"為特高壓聯絡線i的最大輸電容量，J表示購電電網內的母線集合，pg] 和q,分別表示母線j上的發電機有功功率注入和無功補償裝置的無功功率注入；
[0022] 1. 2計算大區電網消納區外電力綜合經濟性指標q :
[0023] q=PXvXtXe Xf-PXtX (In2-Iii1)-APXtXm2
[0024] 其中，P表示總購電容量，V表示購入電能中的清潔電能比例，t表示所選定的考 察時間長度，e表示區內火電機組的平均碳排放強度，f表示當期碳排放權交易價格，叫表 示區內火電電價，m 2表示跨區購電下網關口電價，A P為區外購電對區內購電在大區電網內 產生的網損差（AP = AP1-AP2,
[0025] AP1為區外購電方式下的大區電網內網損，AP2表示不購區外電時大區電網內的 最小網損）；
[0026] 1. 3按網損最小優化系統潮流，得到最優潮流中的聯絡線輸電容量S ;以特高壓聯 絡線最大輸電容量為取值上限，建立輸電容量S的鄰域Q ;設置取樣間隔A，將Q內的所 有取樣點代入綜合經濟性指標表達式中，得到一組取值序列n ;
[0027] 1. 4米用最小二乘法，在橫坐標為內的所有取樣點，縱坐標為取值序列n的直 角坐標系中，對特高壓聯絡線輸電容量及對應的經濟性表達式取值進行曲線擬合，得到特 高壓聯絡線輸電容量及對應的經濟性表達式取值之間關系的擬合曲線n (P)，求得n_(P) 點，n_(P)對應的特高壓聯絡線輸電容量s'為所求最優交易容量。
[0028] 步驟1. 3所述的Q范圍為[(C^1S)U(孓巧_)]，人取10至200之間的一個數值。
[0029] 本發明具有以下優點：
[0030] 1、建立了更綜合全面的經濟評價指標。在購電費用和網損最小的單方面經濟最優 判斷基礎上，增加了碳排放效益和購電收益最大的綜合性考量目標，擺脫了單純考慮發電 方經濟效益的狹隘，經濟約束更為綜合全面。
[0031] 2、具有較好的延伸性。當電網網架、電源負荷分布情況等運行狀態條件變化時，只 需更新購電電網及其輸電通道綜合模型和實時價格參數，仍能利用運行經驗快速確定對應 的安全約束條件和最優消納方案。
[0032] 3、該方法針對兩個互聯電網，在《可再生能源電力配額考核辦法》實施期間，對有 清潔能源交易需求的互聯電網，能分析任意時段電網間最優交易容量。
【附圖說明】
[0033] 圖1為一種大區電網間最優交易容量的確定方法流程示意圖。
[0034] 圖2為中國電科院典型超高壓配網系統模型CEPRI-36V6系統示意圖。
[0035] 圖3為CEPRI-36V6系統算例中特高壓聯絡線輸電容量與對應綜合經濟指標的關 系擬合曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0037] 實施例一
[0038] 本發明提出的一種大區電網間最優交易容量的確定方法流程如圖1所示，包括以 下步驟：
[0039] 1)選擇大區電網與區外互聯通道改變年份為典型年，建立購電電網及其網間聯絡 線綜合模型，包括大區電網和網間特高壓聯絡線，其中，售電大區電網等效為發電機；對網 間特高壓聯絡線進行安全校核，以N-I潮流約束和靜態穩定性潮流約束為安全約束條件， 利用靜態穩定性靈敏度分析法分析不同的特高壓聯絡線潮流下系統各母線運行參數，得到 系統的敏感點，分析特高壓聯絡線的輸送功率與敏感點的穩定性的相關關系，得到安全約 束下特高壓聯絡線最大輸電容量；
[0040] 2)分析跨區電力交易中的經濟指標，將清潔能源消納納入電力交易的經濟性效益 中，建立大區電網消納區外電力綜合經濟性指標式。具體包括以下步驟：
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